第一章：继电保护和二次回路的基本知识

1、继电保护的基本知识电力系统 概念：电力系统是由生产、变换、输送、分配和消费电能的各种设备组成的联合系统。 电力系统的运行状态：正常工作状态、不正常工作状态、故障状态。 最常见同时也是最危险的故障是发生各种类型的短路。短路包括 三相短路三相短路 两相短路两相短路 两相接地短路两相接地短路1. 单相接地短路单相接地短路发生短路危害巨大发生短路危害巨大通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧。短路电流通过非故障原件，使他们损坏或缩短它们的使用寿命。电力系统中部分地区的电压降低，破坏用户工作的稳定性，影响工厂产品的质量。破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解随之不管会发生更大的

2、事故。事故：指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏，以致造成对用户的停止送电、少送电、电能质量变坏到不能容许的程度，甚至毁坏设备等等。继电保护装置的基本任务对于电力系统的被保护原件发生故障时，继电保护能自对于电力系统的被保护原件发生故障时，继电保护能自动、迅速、有选择地将故障原件从电力系统中切除，并动、迅速、有选择地将故障原件从电力系统中切除，并保证无故障部分迅速恢复正常运行。保证无故障部分迅速恢复正常运行。对于电力系统的被保护原件出现不正常工作状态时，继对于电力系统的被保护原件出现不正常工作状态时，继电保护能够及时反应，并根据运行维护条件，动作发出电保护能够及时反应，并根据运行维护条件，动作发

3、出信号、减负荷或跳闸。此时不需要保护动作迅速信号、减负荷或跳闸。此时不需要保护动作迅速。继电保护装置：就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。基本任务基本任务继电保护的基本原理1.利用基本电气参数量的区别 过电流保护：反映电流的增大而动作。 低电压保护：反应于电压的降低而动作。距离保护：反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作。过电流保护、低电压保护和距离保护过电流保护、低电压保护和距离保护2.利用比较两侧的电流相位 规定电流的正方向是从母线流向线路。 正常运行和线路AB外部故障时，A-B两侧电流大小相等相位相差18

4、0 。 当线路AB内部短路时，A-B两侧电流一般大小相等、相位相等。3.反映序分量或突变量是否出现 电力系统在对称运行时，只存在正序分量，没有负序和零序分量。当发生短路时，无论是对称短路还是不对称短路，正序分量都会发生突变。可以根据是否出现负序和零序分量构成负序保护和零序保护。根据正序分量是否突变构成对称短路、不对称短路保护4.反映非电量保护根据电力元件的特点实现反映非电量特征的保护。例如：气体保护、温度保护等等继电保护装置的组成 继电保护一般由三个部分组成:测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如下图所示。1.测量部分测量部分：测量被保护元件工作状态的物理量，并和已给测量被保护元件工作状态

5、的物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该起动。的整定值进行比较，从而判断保护是否应该起动。2.逻辑部分逻辑部分：据测量部分各输出量的大小，性质，出现的顺：据测量部分各输出量的大小，性质，出现的顺序等，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行序等，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。部分。3.执行部分执行部分：根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所：根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作等。担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作等。对继电保护的基本要求选择性速动性灵敏性可靠性 选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统

6、中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。 主保护：能有选择性地快速切除全线故障的保护。 后备保护：当故障线路的主保护或断路器拒动时用以切除故障的保护。 近后备保护：作为本线路主保护的后备保护。 远后备保护：作为下一条相邻线路主保护或开关拒跳的后备保护。 返回返回 速动性：是指尽可能快地切除故障短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。返回返回 灵敏性：是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。 对于反映故

7、障时参数增大而动作的保护装置（过量继电器），灵敏系数为 对于反映故障时参数减小而动作的保护装置（欠量继电器），灵敏系数为返回返回 可靠性可靠性：是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其它不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。返回返回继电保护工作的特点一个有机整体一门综合性学科理论和实践相结合可靠性继电保护的发展历史 继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的。在20世纪50年代及以前，差不多都是用电磁型的机械元件构成。随后陆续推广了整流型元件和由半导体分力元件组成的装置。70年代以后，集成电路构成的继电保护装置中得到广泛运用。到80年代，微型

8、机在继电保护装置中逐渐应用。随着新技术新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性，运行维护方便性也不断得到提高。继电保护技术将达到更高的水平。互感器 互感器是一次系统和二次系统之间的联络元件，互感器是一次系统和二次系统之间的联络元件，将一次系统侧的高电压、大电流转换为二次侧标将一次系统侧的高电压、大电流转换为二次侧标准的低电压和小电流，向二次电路提供交流电源，准的低电压和小电流，向二次电路提供交流电源，以正确反映一次系统的正常运行和故障情况。以正确反映一次系统的正常运行和故障情况。 互感器包括互感器包括电流互感器（电流互感器（TATA）和和电压互感器（电压互感器（TVTV） TA将一次侧的大电流变

9、换成二次侧的标准将一次侧的大电流变换成二次侧的标准小电流（小电流（5或或1A），其一次绕组串联于被测），其一次绕组串联于被测电路内，二次绕组与二次测量仪表和继电电路内，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电流线圈相串联。器的电流线圈相串联。 TVTV将一次侧的高电压变换成二次侧的标准将一次侧的高电压变换成二次侧的标准低电压（一般为低电压（一般为100V100V），其一次绕组与被），其一次绕组与被测电网相并联，二次绕组与二次测量仪表测电网相并联，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电压线圈相并联。和继电器的电压线圈相并联。 互感器的作用 技术方面：可以将高电压变成低电压，大电流可以将高电压变成低电压，大

10、电流变成小电流，便于测量；也易实现自动化和远动变成小电流，便于测量；也易实现自动化和远动化。化。 经济方面：使测量仪表和继电器标准化、小型使测量仪表和继电器标准化、小型化，结构轻巧，价低。可用低电压、小截面的控化，结构轻巧，价低。可用低电压、小截面的控制电缆，屏内布线简单、安装调试方便，造价低。制电缆，屏内布线简单、安装调试方便，造价低。 安全方面：使测量仪表和继电器与一次高压隔使测量仪表和继电器与一次高压隔离，且互感器二次接地保证了设备和人身安全。离，且互感器二次接地保证了设备和人身安全。一次系统发生短路时，能够保护测量仪表和继电一次系统发生短路时，能够保护测量仪表和继电器免受大电流的伤害，

11、保证了设备安全。器免受大电流的伤害，保证了设备安全。电流互感器 电流互感器的极性目前电力系统中常用的是电磁式电流互感器。工作原目前电力系统中常用的是电磁式电流互感器。工作原理与变压器相似。特点是一次绕组直接串联在一次回路当理与变压器相似。特点是一次绕组直接串联在一次回路当中，匝数很少，所以一次绕组中的电流完全取决于被测回中，匝数很少，所以一次绕组中的电流完全取决于被测回路的电流，与二次绕组的电流大小无关路的电流，与二次绕组的电流大小无关，二次绕组所接仪二次绕组所接仪表及继电器的电流线圈的阻抗很小，所以在正常情况下，表及继电器的电流线圈的阻抗很小，所以在正常情况下，在近似于短路状态下运行。电流互

12、感器的额定变比为其一、在近似于短路状态下运行。电流互感器的额定变比为其一、二次额定电流之比，即二次额定电流之比，即其中：其中： 是额定电流比是额定电流比 分别是互感器一次、二次绕组的额定电流。 为了方便正确接线和理论分析，电流互感器的一次和二次绕组引出端子都标有极性符号。常用的电流互感器极性都按减极性原则标注。即当系统一次电流从极性端流入时，电流互感器的二次电流从极性端流出。例如：如课本图1-6所示。 电流互感器的误差 如课本图1-7所示，由于励磁电流的存在，电流互感器再一次折算后的电流与二次电流大小不相等，相位也不想等，说明在电流转换中将出现数值误差和相位误差。 变比误差用 表示 继电保护规

13、程规定，用于保护的电流互感器，变比误差在变坏的条件下不得超过10%；角度误差在最坏条件下不得超过7 为了控制误差在一定范围内，对一次倍数及二次负载阻抗有一定的限制，如课本图1-8所示。称为10%误差曲线。 电流互感器的准确度数 TATA的测量误差可用其准确度级来表示，根据其测量误的测量误差可用其准确度级来表示，根据其测量误差的不同划分出不同的准确度级。准确度级实质在规定的差的不同划分出不同的准确度级。准确度级实质在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差。差。 根据使用场合的不同，对电流测量的误差要求也不同，根据使用场合的不同

14、，对电流测量的误差要求也不同，因此就有不同的准确度级，如表因此就有不同的准确度级，如表1-11-1和和1-21-2所示。所示。 在正常工作范围内有较高的准确度，当其通过短路电在正常工作范围内有较高的准确度，当其通过短路电流时，希望互感器较早的饱和，使其不受短路电流损坏。流时，希望互感器较早的饱和，使其不受短路电流损坏。电压互感器 电压互感器有电磁式电压互感器和电容式电压互感器。 TVTV的工作原理与电力变压器相同，结构原理和接线也的工作原理与电力变压器相同，结构原理和接线也相似，但容量小。特点是一次绕组并联再一次回路中，匝相似，但容量小。特点是一次绕组并联再一次回路中，匝数较多，二次绕绕组额定

15、电压一般为数较多，二次绕绕组额定电压一般为100V100V。二次绕组所接。二次绕组所接仪表及继电器的电压线圈阻抗很大，所以正常情况下，在仪表及继电器的电压线圈阻抗很大，所以正常情况下，在近似空载状态下运行。近似空载状态下运行。TVTV一次绕组和二次绕组的额定电压一次绕组和二次绕组的额定电压值比称为值比称为TVTV的额定电压比，用的额定电压比，用K KU U表示，如果不考虑激磁损表示，如果不考虑激磁损耗，即为一二次绕组的匝数比。即耗，即为一二次绕组的匝数比。即 电压互感器的电压误差用电压互感器的电压误差用 表示表示。 TV TV的准确度级指在规定的一次电压和二的准确度级指在规定的一次电压和二次负

16、荷变化范围内，负荷的功率因数为额次负荷变化范围内，负荷的功率因数为额定值时，电压误差的最大值。我国电压互定值时，电压误差的最大值。我国电压互感器准确度级和误差限值标准见表感器准确度级和误差限值标准见表1-31-3继电器 概念：继电器是各种继电保护装备的基本组成原件。一般来说，按预先整定的输入量动作，并具有电路控制功能的元件叫做继电器。 继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。 继电器输入量和输出量之间的关系称为继电特性。由课本图1-10，输入量和输出量的关系。 电磁型电流继电器 电磁型电压继电器 电磁型时间继电器 电磁型信号继电器 电磁型中

17、间继电器序分量滤过器 正序分量正序分量：三相量大小相等，互差：三相量大小相等，互差1200，且，且与系统正常运行相序相同。与系统正常运行相序相同。 负序分量负序分量：三相量大小相等，互差：三相量大小相等，互差1200，且，且与系统正常运行相序相反。与系统正常运行相序相反。 零序分量零序分量：三相量大小相等，相位一致。：三相量大小相等，相位一致。 对称短路和不对称短路：短路类型里的单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路等属于不对称短路。三相短路属于对称短路。就实际发生的概率来看，电力系统的短路90%为不对称短路，这90%里面90%又是单相接地短路。 系统正常运行时，系统只有正序分量存在，没有负

18、序和零序分量。 当电力系统出现不对称短路故障时，将出现负序分量；发生接地短路故障时，将出现零序分量。因此，可以利用反应负序、零序分量来构成保护，以提高保护的灵敏度。分类： 当输入端三相电流、电压中含有三序分量时，输出端只输出零序分量，称为零序分量滤过器；只输出负序分量时，称为负序分量滤过器；只输出正序分量时，称为正序分量滤过器。零序分量滤过器 零序电流滤过器 零序电压滤过器负序分量滤过器 负序电流滤过器 负序电压滤过器 零序电流滤过器三相并联的输出电流为：03IIIIIcbar 在对称的情况下，若考虑电流互感器的励磁电流后，零序分量滤过器有一不平衡电流输出。 在保护区外发生短路故障时，由于短路

19、电流较大，互感器铁芯饱和，不平衡电流要比正常运行时大的多。 零序电压滤过器03UUUUUcbaout 负序电压滤过器131XR 232RX 由于相间电压中不存在零序分量，相当于零序分量已被滤掉。因此，负序电压滤过器无一例外地加入相间电压。 由于元件参数不准确,阻抗值随温度及频率的影响,加入正序电压时有不平衡电压输出,使用时应注意。若输入电压中含有5次谐波分量电压，因其相序与负序基波相同，也会有输出。为了消除5次谐波的影响，可在输出端装设5次谐波滤过器。 负序电流滤过器 负序电流滤过器的输入是三相或两相全电流，输出是与输入电流中的负序分量成正比的单相电压。分类： 感抗移相式负序电流滤过器 电容移

20、相式负序电流滤过器感抗移相式负序电流滤过器感抗移相式负序电流滤过器 电容移相式负序电流滤过器 小结: 采用序分量滤过器的目的是什么？ 滤过器只输出零序分量的是什么类型滤过器？如果是负序呢？变换器 概念：变换器是将信源发出的信息按一定的目的进行变换的元件。 测量变换器是指提供与输入量有给定关系的输出量的测量器件。传感器也可认为是初级测量变换器。 测量变换器的分类 电压变换器（UV） 电流变换器（UA） 电抗变换器（UX） 测量变换器的作用 变换电量 隔离电路 用于定值调整1.用于电量的综合处理 电压变换器电压变换器的结构原理与电压互感器、变压器的原理相同，一般用来把输入电压降低或使之可以调节。

21、电流变换器电流变换器由一台小容量电流互感器及固定二次负载电阻组成。 电抗变换器电抗变换器的作用是把输入电流直接转换为与之成正比的电压的一种电量变换装置。二次回路 概念发电厂和变电站的电气设备通常分为一次设备和二次设备，其接线可相应分为一次接线和二次接线。一次设备：直接用于生产、输送、分配电能的高电压、大电流的设备，又称主设备。包括发电机、变压器、高压断路器、隔离开关、输电线路、母线、电流互感器、电压互感器和避雷针等等。 二次设备：是对一次设备进行监察、控制、测量、调整和保护的低压设备，又称辅助设备，它包括控制、信号、测量监察、同期、继电保护装置、安全自动装置和操作电源等设备。 二次接线又称为二

22、次回路。 二次回路附属于对应的一次接线或一次设备，他是对一次设备进行控制操作、测量监察和保护的有效手段。发电机、变压器的正常运行，查找、分析有关电气故障和事故，电气设备的定期调试和检测等都要用到二次回路。一般包括：控制回路、继：控制回路、继电保护回路、测量回路、信号回路、自动电保护回路、测量回路、信号回路、自动装置回路。装置回路。按交、直流来分，又可分为交流电压和电流回路以及直流逻辑回路。两者构成一个整体，只有二者都处在良好的状态，才能保证电力生产的安全，尤其在大型的、现代化的电网中，二次设备的重要性更显突出。所以，从事二次回路运行维护的工作人员，都必须熟悉二次回路的原理，充分理解设计图纸的意

23、图，正确方法读懂二次回路图，认真检查维护二次设备，保证二次回路的正常安全运行。二次回路的重要性 表明二次回路的图称为二次回路图。常用的二次回路图有三种形式 原理接线图 展开接线图1.安装接线图 原理接线图 是用来表示二次回路各元件（继电器、仪表、信号装置、自动装置及控制开关等设备）的电气联系及工作原理的电气回路图。 原理接线图表示二次回路工作原理时的特点。 清楚、形象地表明了接线方式和动作原理清楚、形象地表明了接线方式和动作原理 对所有设备具有一个完整的概念对所有设备具有一个完整的概念1.清晰地表明该回路对一次回路的辅助作用清晰地表明该回路对一次回路的辅助作用电流继电器电流继电器KA经互感器经

24、互感器TA的二次绕组接入系统的的二次绕组接入系统的A、C相线路，当相线路，当A相或相或C相发生短路时，电流互感器一次绕组流过短路相发生短路时，电流互感器一次绕组流过短路电流电流IA1，其二次绕组感应出，其二次绕组感应出IA2流经电流继电器流经电流继电器KA线圈，线圈，KA起动，起动，其动合触点闭合，将直流操作电源正母线经时间继电器其动合触点闭合，将直流操作电源正母线经时间继电器KT线圈接线圈接至负母线，至负母线，KT起动，经一定时限后其延时动合触点闭合，正电源起动，经一定时限后其延时动合触点闭合，正电源经经KT触点、信号继电器触点、信号继电器KS的线圈、断路器的动合辅助触点的线圈、断路器的动合

25、辅助触点QF以以及断路器的跳闸线圈及断路器的跳闸线圈YT接至负电源。信号继电器接至负电源。信号继电器KS和断路器和断路器QF同时起动，使断路器跳闸，并经信号继电器同时起动，使断路器跳闸，并经信号继电器KS的动合触点发出信的动合触点发出信号。号。 展开接线图是将二次设备按线圈和触电回路展开分别画出，组成多个独立回路，作为制造、安装、运行的重要技术图纸，也是绘制安装接线图的主要依据。特点：是以分散的形式表示二次设备之间的电气连接。 展开接线图中的交流回路和直流回路是分开来表示的。交流回路分为电流回路和电压回路。直流回路分为直流操作回路和信号回路。 绘制和阅读基本原则 绘制和阅读是从上到下，从左到右。 各回路的排列顺序为先交流后直流。 交流回路按A,B,C,N相序